Biotransformación de Cr(VI) mediada por bacterias y su aplicación en sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales
Autor: Alessandrello, Mauricio
Resumen
Las aguas residuales provenientes de galvanoplastias, de la industria metalúrgica y la industria química en general presentan concentraciones de Cr(VI) por encima de los niveles permitidos por ley para su descarga en cuerpos de agua receptores o en plantas de tratamiento cloacal. Por lo tanto, estas industrias deben tratar sus aguas previamente a la descarga. Sin embargo, los tratamientos convencionales del tipo químico (reducción de Cr(VI) con bisulfito de sodio y posterior precipitación del Cr(III) generado) son muchas veces ineficientes y costosos. En el presente trabajo se desarrolla un sistema de tratamiento biológico que es más económico, eficiente y ambientalmente amigable. En trabajos anteriores al desarrollo de la presente tesis se aislaron bacterias provenientes del río Reconquista (Buenos Aires) que eran resistentes al Cr(VI) y poseían capacidad de reducción del Cr(VI) (Pseudomonas veronii 2E, Klebsiella oxytoca P2 y Klebsiella ornithinolityca 1P). En el presente trabajo se evaluó la capacidad de reducción de cada una de estas cepas cuando se encontraban en crecimiento en un medio nutritivo o cuando se encontraban en estado quiescente en suspensiones celulares suplementadas con un dador de electrones. La diferencia entre ambas metodologías consistía en que las células en crecimiento poseían un metabolismo activo aunque la concentración bacteriana era baja. En cambio, las suspensiones celulares podían ser concentradas a fin de aumentar la densidad celular que normalmente se obtiene en un cultivo. Además, al trabajar en ausencia de un medio de cultivo, se simplificaba el procedimiento y su aplicación a nivel industrial. Los resultados obtenidos mostraron claramente que la tasa de reducción de Cr(VI) dependía de manera directamente proporcional a la concentración bacteriana y, en menor medida, a la concentración del dador de electrones. Los ensayos con células en crecimiento arrojaron tasas de reducción bajas porque la densidad alcanzada en los cultivos fue igualmente baja. La cepa con la que se obtuvo la mayor tasa de reducción en estado quiescente fue P. veronii 2E a una densidad de 36g (biomasa seca)/l y 20mM de glucosa como dador de electrones. En estas condiciones se logró una reducción total del Cr(VI) (1mM) en 4-5 horas. Se evaluó la capacidad de reducción de Cr(VI) de esta cepa a distintos pHs y temperaturas y los valores óptimos fueron 7 y 32ºC respectivamente. A fin de implementar el tratamiento a aguas residuales industriales, se ensayaron distintas técnicas de inmovilización bacteriana por oclusión en agarosa o en alginato de calcio. Se utilizaron suspensiones de P. veronii 2E en base a los resultado anteriores. Tanto con agarosa como con alginato de calcio la tasa de reducción en las condiciones óptimas se vio reducida ya que se agrega un paso de difusión 8 de los sustratos (Cr(VI) y glucosa) a través de la matriz de inmovilización en la reacción global. El 100% de reducción se alcanzó en 8 horas. Debido a que el alginato de sodio es más económico que la agarosa, se empleó a éste en los experimentos siguientes en los que se aumentó la escala de producción de biomasa y tratamiento. Para esto se diseñó un biorreactor para la generación de biomasa de manera semi-continua y se realizaron ensayos en una columna calefaccionada en donde la bacteria inmovilizada fue utilizada repetidas veces en lotes consecutivos de soluciones de Cr(VI) 1mM. Esto permitió determinar la cantidad de veces que el biocatalizador podía ser utilizado, antes de que perdiera actividad. En total, el catalizador pudo ser reutilizado cinco veces antes de que la actividad reductora disminuya de tal manera de que no se produzca la reducción total del Cr(VI) en 8 horas. A partir de estos resultados se procedió al tratamiento de dos aguas residuales provenientes de una empresa productora de piezas metálicas de grifería de 0,26 y 0,69ppm de Cr(VI). El tratamiento fue de forma continua con un tiempo de retención hidráulico de 30 minutos. El tratamiento se efectuó durante 150 horas corridas antes de la pérdida de actividad. No se encontró cromo en el líquido tratado. Para reducir los costos de implementación de este tratamiento a nivel industrial, se buscaron medios de cultivo alternativos económicos basados en melaza de caña o glicerol crudo y un fertilizante comercial. Los mayores rendimientos se obtuvieron con glicerol ácido al 5%v/v y fertilizante al 0,6%v/v. Utilizando este medio de cultivo se produjo la biomasa para tratar un agua residual de una empresa productora de ácido crómico de 40ppm de Cr(VI). El agua se trató en lotes consecutivos produciendo la reducción total del Cr(VI) en hasta doce horas durante cinco días consecutivos. En conclusión, se logró desarrollar un tratamiento biológico de aguas residuales de baja y media concentración de Cr(VI) utilizando medios de cultivo económicos para la producción de biomasa. Sin embargo, el tratamiento de aguas con mediana concentración de Cr(VI) resultó inviable por sus altos costos. En cambio, el tratamiento de aguas residuales con baja concentración de Cr(VI) resultó más económico que el tratamiento convencional. La tecnología aquí desarrollada es adecuada para el tratamiento de corrientes que contienen una baja carga de Cr(VI) ya que presenta ventajas económicas y ambientales en comparación con los métodos utilizados comúnmente.